FR2726689A1 - FIELD EFFECT ELECTRON SOURCE AND PROCESS FOR PRODUCING SOURCE, APPLICATION TO CATHODOLUMINESCENCE VISUALIZATION DEVICES - Google Patents

FIELD EFFECT ELECTRON SOURCE AND PROCESS FOR PRODUCING SOURCE, APPLICATION TO CATHODOLUMINESCENCE VISUALIZATION DEVICES Download PDF

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Abstract

Source d'électrons à effet de champ et procédé de fabrication de cette source, application aux dispositifs de visualisation par cathodoluminescence. Cette source comprend, sur un substrat isolant (2), au moins un conducteur cathodique (4), une couche isolante (6) qui recouvre celui-ci, au moins une grille (8) formée sur la couche isolante, des trous (10) étant formés à travers cette grille et la couche isolante, et des micro-pointes (12) qui sont faites d'un matériau métallique émetteur d'électrons, formées dans ces trous et recouvertes d'un dépôt (13) de particules de carbone diamant ou de type diamant.Source of field-effect electrons and method for manufacturing this source, application to cathodoluminescence display devices. This source comprises, on an insulating substrate (2), at least one cathode conductor (4), an insulating layer (6) which covers the latter, at least one grid (8) formed on the insulating layer, holes (10 ) being formed through this grid and the insulating layer, and micro-tips (12) which are made of an electron-emitting metallic material, formed in these holes and covered with a deposit (13) of carbon particles diamond or diamond type.

Description

SOURCE D'ELECTRONS A EFFET DE CHAMP ET PROCEDE DEFIELD EFFECT ELECTRON SOURCE AND METHOD OF

FABRICATION DE CETTE SOURCE, APPLICATION AUX DISPOSITIFS  FABRICATION OF THIS SOURCE, APPLICATION TO DEVICES

DE VISUALISATION PAR CATHODOLUMINESCENCE  VISUALIZATION BY CATHODOLUMINESCENCE

DESCRIPTIONDESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA

La présente invention concerne une source  The present invention relates to a source

d'électrons à effet de champ.field effect electrons.

La présente invention s'applique en particulier au domaine des dispositifs de visualisation plats encore appelés "écrans plats", ainsi qu'à la  The present invention applies in particular to the field of flat display devices also called "flat screens", as well as to the

fabrication de jauges de mesure de pression.  manufacture of pressure gauges.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURESTATE OF THE PRIOR ART

On connaît déjà des sources d'électrons à  Electron sources are already known to

effet de champ.field effect.

Ce sont les sources d'électrons à micro-  These are the sources of electrons with micro-

pointes ("microtips").tips ("microtips").

Une source d'électrons à micro-pointes comprend au moins un conducteur cathodique sur un substrat électriquement isolant, une couche électriquement isolante qui recouvre ce conducteur cathodique et au moins une  A micro-point electron source comprises at least one cathode conductor on an electrically insulating substrate, an electrically insulating layer which covers the cathode conductor and at least one

grille formée sur cette couche électriquement isolante.  grid formed on this electrically insulating layer.

Des trous sont formés à travers la grille et  Holes are formed through the grid and

la couche isolante au-dessus du conducteur cathodique.  the insulating layer above the cathode conductor.

Les micro-pointes sont formées dans ces trous  The micro-tips are formed in these holes

et portées par le conducteur cathodique.  and carried by the cathode conductor.

Le sommet de chaque micro-pointe se trouve sensiblement dans le plan de la grille, cette grille  The top of each micro-point lies substantially in the plane of the grid, this grid

servant à extraire des électrons des micro-pointes.  used to extract electrons from micro-tips.

Les trous ont de très petites dimensions (ils  The holes have very small dimensions (they

ont un diamètre inférieur à 2 gm).  have a diameter less than 2 gm).

Pour réaliser un dispositif de visualisation utilisant une telle source d'électrons à micro-pointes, on  To produce a display device using such a micro-point electron source, one

réalise un système de type "triode".  realizes a "triode" type system.

Plus précisément, on dispose, en face de la source, une anode cathodoluminescente. Les électrons issus de la source viennent  Specifically, it has, in front of the source, a cathodoluminescent anode. The electrons from the source come

bombarder cette anode cathodoluminescente.  bomb this cathodoluminescent anode.

On connaît également d'autres dispositifs de  Other devices of

visualisation ayant une structure de type "diode".  visualization having a structure of the type "diode".

Ces autres dispositifs de visualisation connus comprennent une anode cathodoluminescente placée en regard d'une source d'électrons comprenant des couches de carbone diamant ou de type diamant destinées à émettre des électrons. Ces couches sont obtenues par ablation laser ou par dépôt chimique en phase vapeur ("chemical vapour deposition"). Le carbone diamant ou de type diamant émet beaucoup plus facilement des électrons que les matériaux  These other known display devices include a cathodoluminescent anode placed opposite an electron source comprising diamond or diamond-like carbon layers for emitting electrons. These layers are obtained by laser ablation or by chemical vapor deposition ("chemical vapor deposition"). Diamond or diamond-like carbon emits electrons much more easily than materials

classiquement utilisés pour la fabrication des micro-  classically used for the manufacture of micro-

pointes. Avec le carbone diamant ou de type diamant, le champ électrique minimal à partir duquel on peut obtenir une émission d'électrons peut être vingt fois plus faible que le champ électrique minimal correspondant à des métaux  tips. With diamond or diamond carbon, the minimum electric field from which an electron emission can be obtained can be twenty times lower than the minimum electric field corresponding to metals.

comme par exemple le molybdène.as for example molybdenum.

Malheureusement, le dépôt des couches de carbone diamant ou de type diamant, avec les méthodes mentionnées plus haut, a lieu à haute température (de  Unfortunately, the deposition of the diamond or diamond-like carbon layers, with the methods mentioned above, takes place at high temperature (from

l'ordre de 700 C).700 C).

De plus, il est impossible d'obtenir  Moreover, it is impossible to obtain

directement des micro-pointes par ces méthodes.  directly micro-tips by these methods.

Les dépôts obtenus sont des couches continues  The deposits obtained are continuous layers

et non pas des micro-pointes.and not micro-tips.

Les dispositifs de visualisation qui en résultent sont, comme on l'a vu plus haut, de type "diode", ce qui pose un problème en ce qui concerne leur adressage. Il faut en effet réaliser des systèmes électroniques d'adressage permettant d'appliquer des tensions de l'ordre de plusieurs centaines de volts à ces dispositifs. De plus, la température élevée à laquelle sont formées les couches de carbone diamant ou de type diamant interdit l'utilisation de verre standard en tant que  The visualization devices that result are, as has been seen above, of the "diode" type, which poses a problem with regard to their addressing. It is indeed necessary to achieve electronic addressing systems to apply voltages of the order of several hundred volts to these devices. In addition, the high temperature at which the diamond or diamond-like carbon layers are formed prohibits the use of standard glass as a

substrat destiné à porter ces couches.  substrate for carrying these layers.

EXPOSE DE L'INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION

La présente invention a pour but de remédier  The present invention aims to remedy

aux inconvénients précédents.to the previous disadvantages.

Elle a pour objet une source d'électrons à effet de champ, cette source comprenant: - sur un substrat électriquement isolant, au moins une première électrode jouant le rôle de conducteur cathodique, - une couche électriquement isolante qui recouvre ce conducteur cathodique, - au moins une deuxième électrode jouant le rôle de grille, formée sur la couche électriquement isolante, des trous étant formés à travers cette grille et la couche électriquement isolante au-dessus du conducteur cathodique, et des micro-pointes qui sont faites d'un matériau métallique émetteur d'électrons et qui sont formées dans ces trous et portées par le conducteur cathodique, cette source étant caractérisée en ce que chacune de ces micro-pointes est recouverte d'un dépôt principal de carbone diamant ou de type diamant ("diamond like  It relates to a source of field effect electrons, this source comprising: on an electrically insulating substrate, at least a first electrode acting as a cathode conductor, an electrically insulating layer which covers this cathode conductor, minus a second gate electrode formed on the electrically insulating layer, holes being formed through this gate and the electrically insulating layer above the cathode conductor, and microtips which are made of a metallic material emitter and which are formed in these holes and carried by the cathode conductor, this source being characterized in that each of these microdots is covered with a main deposit of diamond carbon or diamond type ("diamond like

carbon" ou DLC dans les articles en langue anglaise).  carbon "or DLC in English language articles).

Pour une même tension électrique de commande, la source objet de la présente invention émet plus d'électrons qu'une source à micro-pointes, du fait de l'utilisation, dans la présente invention, des dépôts de particules de carbone diamant ou de type diamant qui ont un pouvoir émissif plus élevé que des matériaux émetteurs  For the same electrical control voltage, the object source of the present invention emits more electrons than a micro-point source, because of the use, in the present invention, of diamond carbon particle deposits or diamond type that have a higher emissive power than emitting materials

d'électrons classiques comme par exemple le molybdène.  conventional electrons such as molybdenum.

Ainsi, dans le cas de l'utilisation d'une source conforme à l'invention pour fabriquer par exemple un dispositif de visualisation, ce dispositif a une plus  Thus, in the case of using a source according to the invention to manufacture for example a display device, this device has a more

grande luminosité qu'un dispositif classique à micro-  high brightness than a conventional micro-

pointes (non recouvertes), pour une même tension de  spikes (not covered), for the same tension of

commande.command.

A luminosités égales, ce dispositif utilisant une source conforme à l'invention nécessite une tension de commande inférieure à celle qui est nécessaire à un tel  At equal brightness, this device using a source according to the invention requires a control voltage lower than that which is necessary for such a

dispositif classique à micro-pointes.  classic device with micro-tips.

De plus, l'utilisation d'une source conforme à l'invention conduit à un système de type "triode" qui nécessite des tensions de commande inférieures à celles qui sont nécessaires aux dispositifs de type "diode" mentionnés plus haut, qui utilisent des couches de carbone  In addition, the use of a source according to the invention leads to a "triode" type system which requires control voltages lower than those required for the "diode" type devices mentioned above, which use carbon layers

diamant ou de type diamant.diamond or diamond type.

Dans la présente invention, les dépôts principaux peuvent être faits de particules de carbone diamant ou de type diamant ou peuvent être faits de telles  In the present invention, the main deposits may be made of diamond or diamond-like carbon particles or may be made of such

particules dispersées dans un métal.  particles dispersed in a metal.

Dans la source objet de l'invention, chacun de ces dépôts principaux peut être recouvert d'un dépôt secondaire d'un métal destiné à consolider ces dépôts principaux. La présente invention concerne également un dispositif de visualisation par cathodoluminescence comprenant: - une source d'électrons à effet de champ, et - une anode cathodoluminescente comprenant une couche d'un matériau cathodoluminescent, dispositif caractérisé en ce que la source est celle  In the source object of the invention, each of these main deposits may be covered with a secondary deposit of a metal for consolidating these main deposits. The present invention also relates to a cathodoluminescence display device comprising: - a field effect electron source, and - a cathodoluminescent anode comprising a layer of a cathodoluminescent material, characterized in that the source is the

qui fait l'objet de l'invention.which is the subject of the invention.

On a vu plus haut les avantages d'un tel dispositif par rapport aux dispositifs connus utilisant des micro-pointes non recouvertes et aux dispositifs comprenant des couches de carbone diamant ou de type diamant. La présente invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une source d'électrons à effet de champ, procédé selon lequel: - on fabrique une structure comprenant un substrat électriquement isolant, au moins un conducteur cathodique sur ce substrat, une couche électriquement isolante qui recouvre chaque conducteur cathodique et une couche de grille électriquement conductrice qui recouvre cette couche électriquement isolante, - on forme des trous à travers la couche de grille et la couche électriquement isolante, au niveau de chaque conducteur cathodique, et on forme, dans chaque trou, une micro-pointe faite d'un matériau métallique émetteur d'électrons, ce procédé étant caractérisé en ce que chacune de ces micro-pointes est ensuite recouverte d'un dépôt principal  The advantages of such a device have been seen above compared with known devices using uncovered microtips and with devices comprising diamond or diamond-like carbon layers. The present invention also relates to a method for manufacturing a field effect electron source, the method according to which: a structure comprising an electrically insulating substrate, at least one cathode conductor on this substrate, an electrically insulating layer which covering each cathode conductor and an electrically conductive grid layer which covers this electrically insulating layer, holes are formed through the gate layer and the electrically insulating layer, at each cathode conductor, and in each hole is formed, a micro-tip made of a metallic material emitting electrons, this method being characterized in that each of these micro-points is then covered with a main deposit

de particules de carbone diamant ou de type diamant.  of diamond or diamond-like carbon particles.

Le procédé objet de l'invention peut être mis en oeuvre avec des substrats de grande surface et permet ainsi l'obtention de sources d'électrons (et donc d'écrans de visualisation) de grande surface (plusieurs dizaines de  The method which is the subject of the invention can be implemented with substrates of large surface area and thus makes it possible to obtain electron sources (and therefore display screens) of large area (several tens of

pouces de diagonale).inches diagonally).

De préférence, les dépôts principaux sont formés par électrophorèse ou par co-dépôt électrochimique de métal et de carbone diamant ou de type diamant. Dans ce cas, la température à laquelle on forme les dépôts principaux est voisine de la température ambiante, de l'ordre de 20 C pour l'électrophorèse et de  Preferably, the main deposits are formed by electrophoresis or by electrochemical co-deposition of metal and diamond or diamond carbon. In this case, the temperature at which the main deposits are formed is close to ambient temperature, of the order of 20 C for electrophoresis and

l'ordre de 40 C à 60 C pour le dépôt électrochimique.  the order of 40 C to 60 C for the electrochemical deposition.

Il est alors possible d'utiliser, pour fabriquer une source conforme à l'invention, un substrat en verre ordinaire (sodocalcique), sans précautions particulières. On notera aussi que ces dépôts sont réalisables par des techniques simples qui ne nécessitent ni couche sacrificielle ("lift off layer") ni dépôt sous vide. En outre, les bains qui sont nécessaires pour la mise en oeuvre de ces techniques ont une durée de vie  It is then possible to use, to manufacture a source according to the invention, a substrate of ordinary glass (soda-lime), without particular precautions. Note also that these deposits are achievable by simple techniques that require neither sacrificial layer ("lift off layer") nor vacuum deposit. In addition, the baths that are necessary for the implementation of these techniques have a shelf life

importante (plusieurs mois).important (several months).

Selon un mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de l'invention, les dépôts principaux sont recouverts d'un dépôt secondaire d'un métal, par exemple  According to a particular embodiment of the method which is the subject of the invention, the main deposits are covered with a secondary deposit of a metal, for example

par dépôt électrochimique, afin de consolider ces micro-  by electrochemical deposition, in order to consolidate these micro-

amas.clusters.

De préférence, les particules de carbone diamant ou de type diamant ont une taille de l'ordre de 1 pmn ou de moins de 1 pm (mais bien entendu inférieure  Preferably, the diamond or diamond-like carbon particles have a size of the order of 1 μm or less than 1 μm (but of course less than

à la taille des micro-pointes).at the size of the microtips).

Ces particules peuvent être obtenues à partir de diamant naturel ou artificiel ou par une méthode choisie parmi la synthèse par laser, le dépôt chimique en phase vapeur et le dépôt physique en phase vapeur. Les trous formés à travers la couche de grille et la couche électriquement isolante peuvent avoir une  These particles can be obtained from natural or artificial diamond or by a method chosen from laser synthesis, chemical vapor deposition and physical vapor deposition. The holes formed through the grid layer and the electrically insulating layer may have a

forme circulaire ou rectangulaire.circular or rectangular shape.

La taille de ces trous peut être choisie dans un intervalle allant d'environ 1 uin jusqu'à plusieurs  The size of these holes can be chosen in an interval ranging from about 1 uin to several

dizaines de micromètres.tens of micrometers.

La taille des trous que l'on forme pour mettre en oeuvre le procédé objet de l'invention peut être nettement supérieure à celle qui est nécessaire à la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication d'une source  The size of the holes that are formed to implement the method that is the subject of the invention can be much greater than that which is necessary for the implementation of a method of manufacturing a source.

classique à micro-pointes (non recouvertes).  classic with micro-tips (uncovered).

Ceci est très avantageux compte tenu des difficultés liées à l'obtention de trous calibrés de  This is very advantageous in view of the difficulties involved in obtaining calibrated holes of

petite taille (inférieure à 2 pm) sur de grandes surfaces.  small size (less than 2 μm) on large surfaces.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La présente invention sera mieux comprise à la  The present invention will be better understood in

lecture de la description d'exemples de réalisation donnés  reading of the description of given exemplary embodiments

ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels: * la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une source d'électrons conforme à la présente invention, * la figure 2 est une vue en coupe schématique d'un dispositif de visualisation utilisant la source de la figure 1, * la figure 3 illustre schématiquement un procédé de fabrication d'une source d'électrons conforme à l'invention, * la figure 4 illustre schématiquement la possibilité d'utiliser des trous rectangulaires pour fabriquer une source conforme à l'invention, et * la figure 5 illustre schématiquement un autre procédé de fabrication d'une source d'électrons conforme à l'invention.  hereinafter, purely by way of indication and in no way limitative, with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a diagrammatic sectional view of an electron source according to the present invention, FIG. schematic sectional view of a display device using the source of FIG. 1; FIG. 3 schematically illustrates a method of manufacturing an electron source according to the invention; FIG. 4 schematically illustrates the possibility of use of rectangular holes to manufacture a source according to the invention, and Figure 5 schematically illustrates another method of manufacturing an electron source according to the invention.

EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS  DETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS

La source conforme à l'invention, qui est schématiquement représentée en coupe sur la figure 1, comprend: - sur un substrat électriquement isolant 2, des électrodes 4 jouant le rôle de conducteurs cathodiques (un seul conducteur cathodique est visible sur la figure 1), - une couche électriquement isolante 6 qui recouvre chaque conducteur cathodique, et des électrodes 8 jouant le rôle de grilles et formées sur la couche électriquement isolante 6 (une  The source according to the invention, which is schematically shown in section in FIG. 1, comprises: on an electrically insulating substrate 2, electrodes 4 acting as cathode conductors (only one cathode conductor is visible in FIG. 1) an electrically insulating layer 6 which covers each cathode conductor, and electrodes 8 acting as grids and formed on the electrically insulating layer 6 (a

seule grille est visible sur la figure 1).  only grid is visible in Figure 1).

Des trous 10 sont formés à travers ces grilles 8 et la couche isolante 6 au-dessus des  Holes 10 are formed through these grids 8 and the insulating layer 6 over the

conducteurs cathodiques 4.cathode conductors 4.

Des micro-pointes 12 sont formées dans les  Micro-tips 12 are formed in the

trous 10 et portées par les conducteurs cathodiques 4.  holes 10 and carried by the cathode conductors 4.

Chacune de ces micro-pointes 12 est recouverte d'un dépôt 13 de particules de carbone  Each of these microtips 12 is covered with a deposit 13 of carbon particles

diamant ou de type diamant.diamond or diamond type.

On précise que les conducteurs cathodiques 4 sont parallèles et que les grilles 8 sont parallèles les unes aux autres et perpendiculaires aux conducteurs  It is specified that the cathode conductors 4 are parallel and that the grids 8 are parallel to each other and perpendicular to the conductors

cathodiques 4.cathodic 4.

Les trous 10 et donc les micro-pointes 12 se trouvent dans les zones o ces grilles croisent les  The holes 10 and therefore the microtips 12 are in the areas where these grids intersect the

conducteurs cathodiques.cathode conductors.

Ce sont les micro-pointes d'une telle zone, recouvertes des dépôts 13, qui émettent des électrons lorsqu'une tension électrique appropriée est appliquée, par des moyens non représentés, entre le conducteur cathodique 4 et la grille 8 qui correspondent à cette zone. Un dispositif de visualisation par cathodoluminescence est schématiquement représenté en  It is the microtips of such a zone, covered with the deposits 13, which emit electrons when a suitable electrical voltage is applied, by means not shown, between the cathode conductor 4 and the gate 8 which correspond to this zone. . A cathodoluminescence display device is schematically represented in

coupe sur la figure 2.section in Figure 2.

Ce dispositif comprend la sourceThis device includes the source

d'électrons 14 de la figure 1.of electrons 14 of Figure 1.

Le dispositif de la figure 2 comprend aussi une anode cathodoluminescente 16 placée en regard de la source 14 et séparée de celle-ci par un espace 18 dans  The device of FIG. 2 also comprises a cathodoluminescent anode 16 placed opposite the source 14 and separated therefrom by a space 18 in

lequel on a fait le vide.which has been evacuated.

L'anode cathodoluminescente 16 comprend un substrat électriquement isolant et transparent 20 qui est pourvu d'une couche électriquement conductrice et  The cathodoluminescent anode 16 comprises an electrically insulating and transparent substrate 20 which is provided with an electrically conductive layer and

transparente 22 formant une anode.transparent 22 forming an anode.

Celle-ci est disposée en regard de la source d'électrons 14 et revêtue, en face de cette source, d'une couche 24 d'un matériau cathodoluminescent ou "luminophore" ("phosphor" dans  This is arranged facing the electron source 14 and coated, opposite this source, a layer 24 of a cathodoluminescent material or "phosphor" ("phosphor" in

les publications en langue anglaise).  publications in the English language).

Sous l'impact des électrons émis par les micro-pointes 12 de la source, recouvertes des dépôts 13, cette couche 24 émet une lumière qu'un utilisateur du dispositif- de visualisation observe à travers le  Under the impact of the electrons emitted by the microtips 12 of the source, covered with deposits 13, this layer 24 emits a light that a user of the viewing device observes through the

substrat transparent 20.transparent substrate 20.

Il s'agit d'un dispositif que l'on peut comparer aux dispositifs de visualisation décrits dans les documents (1) à (4) mentionnés ci- après mais qui présente des avantages par rapport à ces dispositifs, comme on l'a vu plus haut: (1) FR-A-2 593 953 correspondant à EP-A-0 234 989 et à  This is a device that can be compared to the display devices described in the documents (1) to (4) mentioned below but which has advantages over these devices, as we have seen above: (1) FR-A-2,593,953 corresponding to EP-A-0 234 989 and

US-A-4 857 161US-A-4,857,161

(2) FR-A-2 623 013 correspondant à EP-A-0 316 214 et à  (2) FR-A-2 623 013 corresponding to EP-A-0 316 214 and to

US-A-4 940 916US-A-4,940,916

(3) FR-A-2 663 462 correspondant à EP-A-0 461 990 et à  (3) FR-A-2 663 462 corresponding to EP-A-0 461 990 and to

US-A-5 194 780US-A-5,194,780

(4) FR-A-2 687 839 correspondant à EP-A-0 558 393 et à la demande de brevet américain du 26 février 1993,  (4) FR-A-2 687 839 corresponding to EP-A-0 558 393 and to the US patent application of February 26, 1993,

numéro de série 08/022,935 (Leroux et al.).  serial number 08 / 022,935 (Leroux et al.).

On explique ci-après un procédé de fabrication de la source d'électrons de la figure 1 en se référant à la figure 3 qui illustre schématiquement  A method of manufacturing the electron source of FIG. 1 is explained below with reference to FIG. 3 which illustrates schematically

ce procédé.this process.

Pour fabriquer cette source, on commence par fabriquer une structure comprenant: - le substrat 2, - les conducteurs cathodiques 4, - la couche électriquement isolante 6, - une couche de grille 25, qui recouvre cette couche électriquement isolante 6, - les trous 10 formés dans cette couche de grille 25 et la couche électriquement isolante 6, - les micro-pointes 12 formées dans les trous 10, sur  To manufacture this source, a structure is first made comprising: - the substrate 2, - the cathode conductors 4, - the electrically insulating layer 6, - a gate layer 25, which covers this electrically insulating layer 6, - the holes 10 formed in this gate layer 25 and the electrically insulating layer 6, the micro-tips 12 formed in the holes 10, on

les conducteurs cathodiques.cathodic conductors.

La fabrication d'une telle structure est connue et, à ce sujet, on se reportera aux documents  The manufacture of such a structure is known and, in this regard, reference is made to the documents

(1) à (4) mentionnés plus haut.(1) to (4) mentioned above.

On précise cependant que le diamètre D1 des trous (sensiblement circulaires) formés dans la grille 8 et dans la couche électriquement isolante 6 peut être avantageusement supérieur au diamètre des trous que comportent les sources d'électrons à micro-pointes  However, it is specified that the diameter D1 of the (substantially circular) holes formed in the grid 8 and in the electrically insulating layer 6 may advantageously be greater than the diameter of the holes that the micropuncture electron sources comprise.

décrites dans les documents (1) à (4).  described in documents (1) to (4).

Par exemple, ce diamètre D1 peut prendre  For example, this diameter D1 can take

des valeurs de l'ordre de 1 pm jusqu'à 50 pm.  values of the order of 1 pm up to 50 pm.

La figure 4 illustre schématiquement le fait que les trous 10, au lieu d'avoir une forme circulaire, peuvent avoir une forme rectangulaire. La largeur D2 de ces trous 10 de la figure 4, de forme rectangulaire, peut être prise égale au diamètre D1 mentionné plus haut et peut donc être également nettement supérieure au diamètre des trous  Figure 4 schematically illustrates that the holes 10, instead of having a circular shape, may have a rectangular shape. The width D2 of these holes 10 of FIG. 4, of rectangular shape, can be taken equal to the diameter D1 mentioned above and can therefore also be substantially greater than the diameter of the holes.

des sources à micro-pointes.sources with micro-tips.

Il s'agit ensuite de former, sur les micro-  It is then a matter of training, on micro-

pointes 12, les dépôts 13 de particules de carbone diamant ou de type diamant (après quoi on formera les grilles, perpendiculairement aux conducteurs  points 12, deposits 13 of diamond or diamond-like carbon particles (after which the grids will be formed, perpendicular to the conductors

cathodiques, par gravure de la couche de grille 25).  cathodic, by etching the gate layer 25).

Pour former les dépôts 13, on utilise une  To form the deposits 13, we use a

poudre de carbone diamant ou de type diamant.  diamond carbon powder or diamond type.

Cette poudre peut être obtenue par dépôt chimique en phase vapeur, à partir d'un mélange  This powder can be obtained by chemical vapor deposition, from a mixture

d'hydrogène et d'hydrocarbures légers.  hydrogen and light hydrocarbons.

Ce dépôt chimique en phase vapeur peut être assisté par un faisceau d'électrons ou être assisté par  This chemical vapor deposition can be assisted by an electron beam or be assisted by

un plasma engendré par des micro-ondes.  a plasma generated by microwaves.

On peut aussi former cette poudre par un procédé de pulvérisation ultrasonore connu sous le nom de "Pyrosol", c'est-à-dire, plus précisément par  This powder can also be formed by an ultrasonic spraying process known as "Pyrosol", that is to say, more specifically by

pyrolyse d'un aérosol d'un composé carboné.  pyrolysis of an aerosol of a carbon compound.

On peut également synthétiser cette poudre au moyen d'un laser, c'est-àdire, plus précisément, par dépôt chimique en phase vapeur comme précédemment  This powder can also be synthesized by means of a laser, that is to say, more precisely, by chemical vapor deposition as previously

mais assisté par laser.but assisted by laser.

On peut également synthétiser la poudre par dépôt physique en phase vapeur ("physical vapour deposition"), à partir de cibles de carbone (graphite par exemple) et d'un gaz plasmagène tel que l'argon seul ou mélangé avec de l'hydrogène, des hydrocarbures, sans dopant ou avec un dopant comme par exemple le diborane. On peut également obtenir cette poudre par ablation laser. On peut également utiliser une poudre de  The powder can also be synthesized by physical vapor deposition ("physical vapor deposition"), from carbon targets (for example graphite) and a plasma gas such as argon alone or mixed with hydrogen. , hydrocarbons, without dopant or with a dopant such as diborane. This powder can also be obtained by laser ablation. One can also use a powder of

diamant naturel.natural diamond.

En variante, on peut préparer des diamants artificiels par compactage de carbone, à haute pression et haute température, puis fabriquer la poudre à partir  Alternatively, artificial diamonds can be prepared by compacting carbon, at high pressure and high temperature, and then making the powder from

de ces diamants artificiels.of these artificial diamonds.

De préférence, ces poudres de carbone diamant et ces poudres de carbone de type diamant sont choisies de façon à avoir une granulométrie micronique ou submicronique ou nanométrique mais, bien entendu,  Preferably, these diamond carbon powders and these diamond-like carbon powders are chosen so as to have a micron or submicron or nanometric particle size, but, of course,

inférieure à la taille des micro-pointes.  less than the size of the micro-tips.

Par exemple, si ces micro-pointes ont une taille de l'ordre de 1 pm, on utilise une granulométrie submicronique. On précise que ces poudres de carbone diamant ou de type diamant peuvent être dopées ou non dopées. On peut par exemple utiliser le bore en  For example, if these microdots have a size of the order of 1 pm, a submicron particle size is used. It is specified that these diamond or diamond-like carbon powders may be doped or undoped. For example, boron can be used in

tant que dopant.as a doping agent.

Le dépôt de la poudre (particules de carbone diamant ou de type diamant) conduisant à la formation des dépôts 13, peut être réalisé par électrophorèse (cataphorèse ou anaphorèse), éventuellement complétée par un dépôt métallique électrochimique de consolidation, ou par co-dépôt électrochimique de métal et de carbone diamant ou de  The deposition of the powder (diamond or diamond-like carbon particles) leading to the formation of deposits 13 may be carried out by electrophoresis (cataphoresis or anaphoresis), optionally supplemented by an electrochemical consolidation metal deposition, or by electrochemical co-deposition. metal and diamond carbon or

type diamant.diamond type.

Dans le cas du dépôt par anaphorèse, la structure pourvue des micropointes 12 est placée dans une solution appropriée 26 et chaque micropointe 12 est portée à un potentiel positif pendant cette phase  In the case of anaphoresis deposition, the structure provided with the microtips 12 is placed in an appropriate solution 26 and each microtip 12 is brought to a positive potential during this phase.

de dépôt.deposit.

Plus précisément, les conducteurs cathodiques 4 sont portés à ce potentiel positif grâce à une source de tension appropriée 28 dont la borne positive est reliée à ces conducteurs cathodiques 4 tandis que la borne négative de cette source est reliée à une contre-électrode 32 en platine ou en acier inoxydable située dans le bain à une distance du  More specifically, the cathode conductors 4 are brought to this positive potential by means of a suitable voltage source 28 whose positive terminal is connected to these cathode conductors 4 while the negative terminal of this source is connected to a platinum counter-electrode 32. or stainless steel located in the bath at a distance of

substrat d'environ 1 à 5 cm.substrate of about 1 to 5 cm.

La poudre fine de particules de carbone diamant ou de type diamant est mise en suspension dans la solution 26 (avant de placer la structure dans cette solution). La solution 26 comporte par exemple: - de l'acétone, - un acide qui peut être de l'acide sulfurique à 8 il par litre de solution, et - de la nitrocellulose qui joue le rôle de liant et de  The fine powder of diamond or diamond-like carbon particles is suspended in solution 26 (before placing the structure in this solution). Solution 26 comprises, for example: acetone, an acid which can be sulfuric acid at 8 μl per liter of solution, and nitrocellulose which acts as a binder and

dispersant.dispersant.

L'immersion de la structure dans cette solution et l'application du potentiel positif aux  The immersion of the structure in this solution and the application of the positive potential to

micro-pointes conduit à l'obtention des dépôts 13.  micro-tips leads to obtaining deposits 13.

La tension fournie par la source 28 peut aller jusqu'à environ 200 V. Dans le cas de la cataphorèse, un potentiel  The voltage supplied by the source 28 can be up to about 200 V. In the case of cataphoresis, a potential

négatif est appliqué aux micro-pointes.  negative is applied to micro-tips.

Plus précisément, dans ce cas, c'est la borne négative de la source 28 qui est reliée aux conducteurs cathodiques 4 tandis que la borne positive de la source 28 est reliée à une contre-électrode 32 en platine ou en acier inoxydable située dans le bain à  More specifically, in this case, it is the negative terminal of the source 28 which is connected to the cathode conductors 4 while the positive terminal of the source 28 is connected to a counter electrode 32 in platinum or stainless steel located in the bath with

une distance du substrat d'environ 1 à 5 cm.  a distance of the substrate of about 1 to 5 cm.

La solution 26 comporte alors par exemple: - de l'alcool isopropylique, un liant minéral comme exemple Mg(N03)2, 6H20 (de concentration 10-5 mole par litre), et - un dispersant tel que le glycérol (dont la  Solution 26 then comprises, for example: isopropyl alcohol, a mineral binder such as Mg (NO 3) 2, 6H 2 O (of concentration 10-5 mol per liter), and a dispersant such as glycerol (the

concentration est de l'ordre de 1% en volume).  concentration is of the order of 1% by volume).

On utilise alors une tension pouvant aller jusqu'à environ 200 V. On obtient le même type de dépôt que dans  A voltage of up to about 200 V is then used. The same type of deposit is obtained as in

le cas de l'anaphorèse.the case of anaphoresis.

Dans l'intention de consolider les dépôts 13 obtenus par électrophorèse, on peut, après la formation de ceux-ci, réaliser un dépôt électrochimique d'un métal par exemple choisi parmi Ni, Co, Ag, Au, Rh ou Pt ou, plus généralement, parmi les métaux de transition, les alliages de ceux-ci et les métaux  With the intention of consolidating the deposits 13 obtained by electrophoresis, it is possible, after the formation thereof, to perform an electrochemical deposition of a metal, for example chosen from among Ni, Co, Ag, Au, Rh or Pt or, more generally, among transition metals, alloys thereof and metals

précieux.precious.

Ceci est schématiquement illustré par la figure 5 o l'on voit la structure qui est pourvue des micro-pointes 12, recouvertes des dépôts 13, et qui est plongée dans une solution 30 permettant un tel dépôt  This is schematically illustrated in FIG. 5 where we see the structure which is provided with microtips 12, covered with deposits 13, and which is immersed in a solution 30 allowing such a deposit

électrochimique.electrochemical.

Une tension électrique appropriée est alors appliquée entre les conducteurs cathodiques 4 et une électrode 33 placée dans cette solution, au moyen d'une  A suitable electrical voltage is then applied between the cathode conductors 4 and an electrode 33 placed in this solution, by means of a

source de tension 34.voltage source 34.

Cette électrode 33 est par exemple en nickel et la solution 30 contient par exemple 300 g/1 de sulfate de nickel, 30 g/l de chlorure de nickel, g/l d'acide borique et 0,6 g/l de lauryl sulfate de sodium. On utilise par exemple un courant  This electrode 33 is for example made of nickel and the solution contains, for example, 300 g / l of nickel sulphate, 30 g / l of nickel chloride, g / l of boric acid and 0.6 g / l of lauryl sulphate. sodium. For example, a current is used

électrique de 4 A/dm2.4 A / dm2 electric.

On voit sur la figure 5 le dépôt métallique 36 qui est formé sur chaque dépôt 13 après cette  FIG. 5 shows the metal deposit 36 formed on each deposit 13 after this

opération de dépôt électrochimique.  electrochemical deposition operation.

On peut également former les dépôts 13 par co-dépôt électrochimique de métal et de carbone diamant  Deposits 13 can also be formed by electrochemical co-deposition of metal and diamond carbon.

ou de type diamant.or diamond type.

Pour ce faire, on utilise par exemple un bain contenant des ions de nickel et de la poudre de  For this purpose, for example, a bath containing nickel ions and

diamant en suspension dans ce bain.Diamond suspended in this bath.

On peut utiliser jusqu'à 60% en poids de  Up to 60% by weight of

diamant en suspension dans le bain.diamond suspended in the bath.

On utilise une source de courant appropriée, par exemple de l'ordre de 4 A/dm2, et l'on applique la borne négative de cette source aux conducteurs cathodiques et la borne positive de cette  A suitable current source, for example of the order of 4 A / dm 2, is used, and the negative terminal of this source is applied to the cathode conductors and the positive terminal of this source

source à une électrode de nickel placée dans le bain.  source to a nickel electrode placed in the bath.

Le nickel se dépose sur les micro-pointes 12 en entraînant avec lui les particules de diamant, d'o la formation des dépôts 13 de nickel et de diamant  The nickel is deposited on the micro-tips 12 by dragging with it the diamond particles, hence the formation of deposits 13 of nickel and diamond

sur les micro-pointes 12.on microtips 12.

Au lieu de carbone diamant ou de type diamant, on peut utiliser, pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention, une poudre de particules de carbure de silicium ou de carbure de titane, de taille micronique ou submicronique, et utiliser les mêmes méthodes que précédemment (électrophorèse, éventuellement complétée par un dépôt  Instead of diamond carbon or diamond type, it is possible to use, for the implementation of a process according to the invention, a powder of particles of silicon carbide or of titanium carbide, of micron or submicron size, and use the same methods as before (electrophoresis, possibly supplemented by a deposit

métallique électrochimique de consolidation, ou co-  metal electrochemical consolidation, or co-

dépôt électrochimique de métal et de telles  electrochemical deposition of metal and such

particules), pour former les dépôts 13.  particles), to form deposits 13.

Bien entendu, dans la présente invention, les sommets des micro-pointes 12 recouvertes des dépôts 13 (éventuellement recouverts eux-mêmes d'un dépôt métallique de consolidation) se trouvent sensiblement dans le plan des grilles et sont sans contact avec ces grilles. On notera que les techniques précédemment décrites pour former les dépôts 13 sont sélectives: ces dépôts ne sont formés que sur les micropointes, aucun dépôt ne se formant sur les parties non  Of course, in the present invention, the peaks of the microtips 12 covered deposits 13 (possibly themselves covered with a consolidation metal deposit) are substantially in the plane of the grids and are without contact with these grids. It will be noted that the techniques previously described for forming the deposits 13 are selective: these deposits are only formed on the microtips, no deposit forming on the non-forming parts.

polarisées de la structure comprenant les micro-  of the structure comprising the micro-

pointes.tips.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Source d'électrons à effet de champ, cette source comprenant: - sur un substrat électriquement isolant (2), au moins une première électrode (4) jouant le rôle de conducteur cathodique, - une couche électriquement isolante (6) qui recouvre ce conducteur cathodique, - au moins une deuxième électrode (8) jouant le rôle de grille, formée sur la couche électriquement isolante, des trous (10) étant formés à travers cette grille et la couche électriquement isolante au-dessus du conducteur cathodique, et - des micro-pointes (12) qui sont faites d'un matériau métallique émetteur d'électrons et qui sont formées dans ces trous et portées par le conducteur cathodique, cette source étant caractérisée en ce que chacune de ces micro-pointes est recouverte d'un dépôt principal  A source of field effect electrons, said source comprising: on an electrically insulating substrate (2), at least a first electrode (4) acting as a cathode conductor, an electrically insulating layer (6) covering this cathode conductor, - at least one second electrode (8) acting as a gate, formed on the electrically insulating layer, holes (10) being formed through this gate and the electrically insulating layer above the cathode conductor, and micro-tips (12) which are made of a metallic electron-emitting material and which are formed in these holes and carried by the cathode conductor, this source being characterized in that each of these microtips is coated with a main deposit (13) de carbone diamant ou de type diamant.  (13) diamond carbon or diamond type. 2. Source selon la revendication 1, caractérisée en ce que les dépôts principaux (13) sont faits de particules de carbone diamant ou de type diamant ou sont faits de telles particules dispersées  2. Source according to claim 1, characterized in that the main deposits (13) are made of diamond or diamond-like carbon particles or are made of such dispersed particles dans un métal.in a metal. 3. Source selon la revendication 2, caractérisée en ce que chacun de ces dépôts principaux (13) est recouvert d'un dépôt secondaire (36) d'un métal. 4. Dispositif de visualisation par cathodoluminescence comprenant: - une source d'électrons (14) à effet de champ, et - une anode cathodoluminescente (16) comprenant une couche d'un matériau cathodoluminescent (24), dispositif caractérisé en ce que la source (14) est  3. Source according to claim 2, characterized in that each of these main deposits (13) is covered with a secondary deposit (36) of a metal. 4. A cathodoluminescence display device comprising: - a field effect electron source (14), and - a cathodoluminescent anode (16) comprising a layer of a cathodoluminescent material (24), characterized in that the source (14) is conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3.  according to any one of claims 1 to 3. 5. Procédé de fabrication d'une source d'électrons à effet de champ, procédé selon lequel: - on fabrique une structure comprenant un substrat électriquement isolant (2), au moins un conducteur cathodique (4) sur ce substrat, une couche électriquement isolante (6) qui recouvre chaque conducteur cathodique et une couche de grille électriquement conductrice (25) qui recouvre cette couche électriquement isolante, - on forme des trous (10) à travers la couche de grille et la couche électriquement isolante, au niveau de chaque conducteur cathodique, et - on forme, dans chaque trou, une micro- pointe (12) faite d'un matériau métallique émetteur d'électrons, ce procédé étant caractérisé en ce que chacune de ces micro-pointes (12) est ensuite recouverte d'un dépôt principal (13) de particules de carbone diamant ou de  5. A method of manufacturing a field effect electron source, wherein: - a structure comprising an electrically insulating substrate (2), at least one cathode conductor (4) on said substrate, an electrically conductive layer is produced; insulator (6) which covers each cathode conductor and an electrically conductive gate layer (25) covering said electrically insulating layer; - holes (10) are formed through the gate layer and the electrically insulating layer at each cathode conductor, and - in each hole is formed a micro-tip (12) made of a metallic material emitting electrons, this method being characterized in that each of these micro-points (12) is then covered with a main deposit (13) of diamond carbon particles or type diamant.diamond type. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les dépôts principaux (13) sont formés par électrophorèse ou par co-dépôt électrochimique de métal et de carbone diamant ou de  6. Method according to claim 5, characterized in that the main deposits (13) are formed by electrophoresis or electrochemical co-deposition of metal and diamond carbon or type diamant.diamond type. 7. Procédé selon l'une quelconque des  7. Process according to any one of revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les dépôts  claims 5 and 6, characterized in that the deposits principaux (13) sont ensuite recouverts d'un dépôt  (13) are then covered with a deposit secondaire (36) d'un métal.secondary (36) of a metal. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ce dépôt secondaire est formé par  8. Process according to claim 7, characterized in that this secondary deposit is formed by dépôt électro-chimique.electro-chemical deposition. 9. Procédé selon l'une quelconque des  9. Process according to any one of revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les  Claims 5 to 8, characterized in that the particules de carbone diamant ou de type diamant ont  diamond or diamond-like carbon particles have une taille de l'ordre de 1 gm ou de moins de 1 pm.  a size of the order of 1 μm or less than 1 μm. Procédé selon l'une quelconque des  Process according to any one of revendications 5 à 9, caractérisé en ce que les  Claims 5 to 9, characterized in that the particules sont obtenues à partir de diamant naturel ou artificiel ou par une méthode choisie parmi la synthèse par laser, le dépôt chimique en phase vapeur et le  particles are obtained from natural or artificial diamond or by a method chosen from laser synthesis, chemical vapor deposition and dépôt physique en phase vapeur.physical vapor deposition. 11. Procédé selon l'une quelconque des  11. Process according to any one of revendications 5 à 10, caractérisé en ce que les trous  Claims 5 to 10, characterized in that the holes (10) ont une forme circulaire ou rectangulaire.  (10) have a circular or rectangular shape. 12. Procédé selon l'une quelconque des  12. Process according to any one of revendications 5 à 11, caractérisé en ce que la taille  Claims 5 to 11, characterized in that the size des trous (10) est choisie dans un intervalle allant  holes (10) is selected in a range d'environ 1 Dim à plusieurs dizaines de micromètres.  from about 1 to several tens of micrometers.
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